吉林大学学报(工学版) ›› 2019, Vol. 49 ›› Issue (4): 1124-1133.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20171242

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基于塑性应变能密度的钢筋混凝土墩柱损伤准则

赵金钢1(),张明2(),占玉林2,3,谢明志2   

  1. 1. 贵州大学 土木工程学院, 贵阳 550025
    2. 西南交通大学 土木学院, 成都 610031
    3. 西南交通大学 陆地交通地质灾害防治技术国家工程实验室, 成都 610031
  • 收稿日期:2017-11-16 出版日期:2019-07-01 发布日期:2019-07-16
  • 通讯作者: 张明 E-mail:jgzhao@gzu.edu.cn;zhangming@home.swjtu.edu.cn
  • 作者简介:赵金钢（1984?），男，讲师，博士研究生. 研究方向：钢筋混凝土高墩桥梁地震易损性分析. E?mail：jgzhao@gzu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51608452, 11602061);贵州省土木工程一流学科建设项目(QYNYL[2017]0013);“十三五”国家重点研发计划项目(2016YFB1200401);贵州大学引进人才项目(201517);四川省高等学校绿色建筑与节能重点实验室开放课题项目(szjj2016?096)

Damage criterion of reinforced concrete pier based on plastic strain energy density

Jin⁃gang ZHAO1(),Ming ZHANG2(),Yu⁃lin ZHAN2,3,Ming⁃zhi XIE2   

  1. 1. College of Civil Engineering, Guizhou University, Guiyang 550025, China
    2. School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China
    3. National Engineering Laboratory for Technology of Geological Disaster Prevention in Land Transportation, Southwast Jiaotong University, Chengdu 610031, China
  • Received:2017-11-16 Online:2019-07-01 Published:2019-07-16
  • Contact: Ming ZHANG E-mail:jgzhao@gzu.edu.cn;zhangming@home.swjtu.edu.cn

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摘要：

为建立一个能够用于评估动力荷载作用下钢筋混凝土墩柱横截面损伤情况且具有较好精度的损伤模型，本文首先基于能量平衡原理，推导了塑性应变能密度损伤准则；然后，按照裂缝扩展情况，建立了钢筋混凝土墩柱性能水平划分等级，并采用ABAQUS软件对33根钢筋混凝土墩柱拟静力试验模型进行动力损伤分析，确定了损伤指数与性能水平划分等级之间的对应关系，量化了动力荷载作用下钢筋混凝土墩柱横截面损伤评价模型；最后，引入支持向量机算法对塑性应变能密度损伤准则的归一化参数值进行预测，并通过算例验证了塑性应变能密度损伤准则和支持向量机算法用于钢筋混凝土墩柱横截面损伤分析的精度和可行性。

关键词: 桥梁工程, 塑性应变能密度, 动力损伤准则, 损伤指数, 支持向量机算法, 归一化参数

Abstract:

A damage model for accurate evaluation of the cross section damage of reinforced concrete pier under dynamic load is established. First, the damage criterion of plastic strain energy density is deduced. Then, the performance level of reinforced concrete pier is established based on the condition of crack propagation. The correspondence relationship between damage index and performance level is determined through analyzing the dynamic damage of 33 quasi-static test model of reinforced concrete pier by the software of ABAQUS, and the evaluation model of the cross section damage of reinforced concrete pier under dynamic load is quantified. Finally, the Support Vector Machine algorithm is used to predict the normalized parameters of the plastic strain energy density damage criterion. The accuracy and applicability of the plastic strain energy density damage criterion and the Support Vector Machine algorithm which were used to analyze the cross section damage of the reinforced concrete pier are verified by numerical examples.

Key words: bridge engineering, plastic strain energy density, dynamic failure criterion, damage index, support vector machine algorithm, normalized parameter

中图分类号: 

  • TU375.3

图1

混凝土应力-应变曲线"

图2

空间墩柱示意图"

表1

性能水平划分等级"

性能水平 破损等级 修复程度描述
基本完好 无明显裂缝出现 无需修复
轻微破损 出现明显裂缝，但可暂时使用 轻微修复
中等破坏 保护层混凝土出现贯通裂缝、剥落 大量修复
严重破坏 核心区混凝土破损严重、出现贯通裂缝、纵筋屈曲或箍筋断裂 需要替换

图3

性能水平划分等级示意图"

图4

荷载?位移骨架曲线对比"

图5

空间墩柱示意图"

图6

性能水平与损伤指数关系"

表2

钢筋混凝土墩柱横截面损伤等级评价标准"

性能水平 基本完好 轻微破损 中等破坏 严重破坏
损伤指数 D i j ≤ 0.2 0.2 < D i j ≤ 0.5 0.5 < D i j ≤ 0.7 D i j > 0.7

表3

钢筋混凝土墩柱拟静力试验模型参数"

编号 混凝土强度/MPa 箍筋强度/MPa 纵筋强度/MPa 截面尺寸/mm 配筋率 配箍率 轴压比 跨高比 最大加载幅值/m
L1 24.8 325.0 362.0 400×400 0.014 0.007 0.032 4.00 0.082
C1?1 24.9 459.5 497.0 400×400 0.021 0.016 0.113 3.50 0.102
C2?2 27.1 459.5 497.0 400×400 0.021 0.015 0.156 3.50 0.119
C2?3 26.8 459.5 497.0 400×400 0.021 0.015 0.210 3.50 0.115

图7

破损指数预测值与真实值对比"

图8

破损指数预测值与真实值均方根误差"

表4

Park?Ang损伤模型评价准则"

损伤等级 基本完好 轻微破坏 中等破坏 严重破坏 倒塌
D 0.0~0.4（可修复的破坏） 0.4~1.0（不可修复的破坏） >1.0

表5

破损指数值对比"

编号 塑性应变能密度损伤准则 Park?Ang损伤模型
L1 0.96 0.90
C1?1 4.24 4.10
C2?2 4.94 8.04
C2?3 3.53 9.45
C3?1 4.42 5.17
C3?3 3.53 10.32
Test1 5.51 3.04
Test2 1.42 1.53
Test6 1.41 1.66
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